Question

【题目】2017年11月联合国气候大会在德国波恩开幕，CO2的回收利用再一次提上了日程。

I利用CO2制取丙烯(C3H6)

(1)用CO2催化加氢可制取丙烯的原理为:3CO2(g)+9H2(g) C3H6(g)+6H2O(g) △H。

已知热化学方程式如下

①2C2H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) △H1;

②2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) ΔH2;

③H2O(g)==H2O(l) △H3;

则制取丙烯反应的△H= ______(用△H1、△H2、△H3表示)。

(2)以稀磷酸为电解质溶液，以石墨为电极，利用太阳能电池将CO2转化为丙烯的工作原理如下图所示。

①电解池中的交换膜为_______ :(填“阴”或“阳")离子交换膜，通过交换的离子是_______(填离子符号)。

②阴极的电极反应为_____________________________。

II.利用CO2制取二甲醚(CH3OCH3)

(3)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)。已知一定条件下，该反应中CO2的平衡转化率随温度、投料

比n(H2)/n(CO2)]的变化曲线如下左图:

①在其他条件不变时，在右图中画出平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比n(H2)/n(CO2)交化的曲线图____________。

②某温度下将2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中，反应到达平衡时改变压强和温度，平衡体系中CH3OCH3(g)的物质的量分数变化情况如下图所示，关于温度和压强的关系判断正确的是____________。

A.P4>P3>P2>P1 B .T4>T3>T2>T1 C.P1>P2>P3>P4 D. T1>T2>T3>T4.

III利用CO2制取甲醇(CH3OH)

用CO2催化加氢制取甲醇的反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) △H=-b kJ·mol—1(b>0)。T℃时，将 1 mol CO2和4molH2充入的密闭溶液中，测得H2的物质的量随时间变化如图中实线所示

(4)不能证明该反应达到化学平衡状态的是___________。

A.气体的总压强不变

B. CH3 OH(g)和H2O(g)的物质的量之比不变

C.混合气体的密度不再不变

D.单位时间内断裂3NA个H—H健同时形成2NA个C=O键

(5)仅改变某个反应条件再进行两次实验，测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线I、II所示。曲线Ⅱ对应的实验条件改变是_____________。

Answer 1

【答案】 3△H3－1/2△H1－9/2△H2 阳 H+ 3CO2+18e—+18H+==C3H6+6H2O ②

（大致方向正确既可以给分，但与3对应的必须是最高点） CD BC 增大压强（或增大CO2的浓度）

【解析】I(1) ①2C3H6(g)+9O2(g)=6CO2(g)+6H2O(l) △H1;②2H2O(g)=2H2(g)+O2(g) ΔH2;③H2O(g)==H2O(l) △H3。由③②可得，3CO2(g)+9H2(g) C3H6(g)+6H2O(g) 所以制取丙烯反应的△H= 3△H3－1/2△H1－9/2△H2。

(2)以稀磷酸为电解质溶液，以石墨为电极，利用太阳能电池将CO2转化为丙烯。由图中信息可知，X为阴极、Y为阳极，阴极的电极反应为3CO2+18e—+18H+==C3H6+6H2O，阳极的电极反应为2H2O-4e-=4H++O2↑,反应过程中阴极要消耗氢离子，氢离子必须向阴极定向移动，所以交换膜为阳离子交换膜。

①电解池中的交换膜为阳离子交换膜，通过交换的离子是H+。

②阴极的电极反应为3CO2+18e—+18H+==C3H6+6H2O。

II.(3)将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(g)。由图像可知，该反应的二氧化碳的转化率随温度升高而减小，所以该反应为放热反应。

①由化学方程式可知，在其他条件不变时，投料比n(H2)/n(CO2)=3时，平衡时CH3OCH3的体积分数最大，所以平衡时CH3OCH3的体积分数随投料比n(H2)/n(CO2)变化的曲线图为。

②某温度下将2.0molCO2(g)和6.0molH2(g)充入容积为2L的密闭容器中。由题中信息及图像可知，温度越低、压强越大，则二甲醚的百分含量越高，所以T1>T2>T3>T4.、P1>P2>P3>P4，所以关于温度和压强的关系判断正确的是CD。

III用CO2催化加氢制取甲醇的反应为CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)

△H=-b kJ·mol—1(b>0)，该反应为放热反应。

(4) A.该反应是气体分子数减少的反应，所以当气体的总压强不变，达到平衡状态；B. 从反应开始在反应到达平衡之前，CH3 OH(g)和H2O(g)的物质的量之比一直不变，所以CH3 OH(g)和H2O(g)的物质的量之比不变时，不一定是平衡状态；C.混合气体的密度一直不变，所以无法根据密度判断平衡状态；D.单位时间内断裂3NA个H—H健同时形成2NA个C=O键，说明正反应速率和逆反应速率相等，达到平衡状态。总之，不能证明该反应达到化学平衡状态的是BC。

(5)由曲线Ⅱ可知，改变条件后，不仅化学反应速率加快了，而且平衡也向正反应方向移动了，所以对应的实验条件改变是增大压强（或增大CO2的浓度），不可能是升高温度（因为正反应为放热反应）。